摘 要

本文主要是对海上客船旅客应急疏散模型进行仿真与优化。首先，对海上客船布置、海上突发事故及疏散难点、客船运营人员分布进行了分析。得出了海上客船旅客应急疏散的特点。

进而，介绍了Agent模型的定义与标准化模型，根据其模型结构将客船疏散模型分为船舶空间模型、人员属性模型、人员行为决策模型三个部分。以海上撤离系统为疏散手段，利用Anylogic仿真平台对客船模型进行仿真模拟，使用“北部湾66”客船作为本课题的实例，重点对船舶空间、人员属性、人员行为进行了分析。

基于Agent理论，先建立了船舶空间模型，再综合从旅客的性别、年龄、体型、步行速度等多种个体因素，以及疏散路径的选择、旅客结伴而行、工作人员引导等人员行为决策产生的影响来分析，建立了海上客船旅客应急疏散模型。

在仿真软件Anylogic中对船舶空间模型、人员属性模型、人员行为决策模型三个部分的模块进行设置，使之行之有效。运行仿真软件开始多次模拟实验，得到在无引导情况下的客船人数与疏散时间表格。加入工作人员的引导作用，优化疏散方式，再多次模拟实验得出有引导时客船人数与疏散时间表格，探究工作人员引导功能对于旅客疏散的作用，并将有无引导对应的疏散时间作对比。研究结果表明乘客的增多会延长疏散时间，而工作人员的引导会降低疏散时间，有利于快速疏散。并对客船疏散提出了行之有效的建议。

关键词：海上客船；旅客疏散；智能体；Anylogic仿真

Abstract

This paper mainly carries on the simulation and the optimization to the passenger ship passenger emergency evacuation model. Firstly, the layout of passenger ships at sea, the difficulties of maritime accidents and evacuation, and the distribution of passenger ship operators are analyzed. The characteristics of emergency evacuation of passengers on passenger ships are obtained.

Then, the definition and standardization model of Agent model are introduced. According to its model structure, passenger ship evacuation model is divided into three parts: ship space model, personnel attribute model and personnel behavior decision model. Taking the Marine evacuation system as the means of evacuation, Anylogic simulation platform is used to simulate the passenger ship model, and "beibu gulf 66" passenger ship is used as an example of this subject. Focusing on the analysis of ship space, personnel attributes and personnel behavior,

Based on the Agent theory, the ship space model is established first, and then the emergency evacuation model of passengers on sea passenger ships is established by taking into account various individual attribute factors such as passenger gender, age, body type and walking speed, as well as the influence of evacuation path selection, passengers traveling in groups, staff guidance and other personnel behavior decisions.

In simulation software Anylogic, ship space model, personnel attribute model and personnel behavior decision model are set up to make them effective. The simulation software was used to start many simulation experiments, and the tables of passenger ship number and evacuation time were obtained without guidance. The guiding function of staff was added to optimize the evacuation mode, and the table of passenger ship number and evacuation time with guidance was obtained through multiple simulation experiments, so as to explore the role of the guiding function of staff in passenger evacuation and compare the corresponding evacuation time with or without guidance. The results show that the increase of passengers will extend the evacuation time, and the guidance of staff will reduce the evacuation time, which is conducive to rapid evacuation. Some effective Suggestions are put forward for passenger ship evacuation.

Key Words：passenger ship；passenger ship evacuation.；Agent；Anylogic simulation

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究情况 1

1.3 主要研究内容及技术路线 3

第2章 海上客船旅客应急疏散特点 5

2.1 客船布置特点 5

2.2 海上突发事故特点及疏散难点 5

2.3 客船营运人员分布特点 6

2.4 北部湾66号轮 6

第3章 海上客船旅客应急疏散模型 7

3.1 Agent模型概述 8

3.1.1 Agent模型定义 8

3.1.2 Agent疏散模型标准化 8

3.1.3 Agent人员疏散模型结构 9

3.2 船舶空间模型 9

3.2.1 船舶空间建模 9

3.2.2 船舶空间串联 10

3.3 人员属性模型 11

3.3.1 人员年龄及性别 11

3.3.2 人员体型 11

3.3.3 人员速度 12

3.3. 疏散反应时间 13

3.4 人员行为模型 13

3.4.1 人员疏散路线 13

3.4.2 人员结伴 14

3.4.3 乘务员引导 14

第4章 海上客船旅客应急疏散仿真 14

4.1 Anylogic平台 14

4.2 仿真系统的建立 15

4.2.1 基础环境模型绘制 15

4.2.2 Agent属性设定 18

4.2.2 Agent行为设定 20

4.3 实例仿真 24

4.3.1 仿真流程 24

4.3.2 仿真结果分析、优化与评价 28

4.4 相关建议 30

第5章 结论 31

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

目前我国海上客运蓬勃发展，带给人们交通方便，而同时，也带来了危机人们生命以及财产的安全隐患。当危机人们生命以及财产的安全紧急情况发生时，例如：船舱起火、恶劣天气造成船舶发生倾覆、船舶搁浅破坏等突发情况，在这种情况下倘若乘客不能够及时疏散离开船舶,会造成巨大的生命及财产损失。在事故发生时越是有效的人员疏散就显得尤为重要，然而客船人员疏散是一个非常复杂且不确定的过程，受到人员个人特征、船舶自身特点及事故的情况例如船舶倾斜、火势蔓延、船体破损导致进水等因素的影响。我国海上客船的特点表现为结构较复杂、旅客众多，且由于地点是在海上，疏散区域也会受到限制。如今伴随着计算机仿真模拟技术的不断发展，我们已能通过相关仿真技术很好的模拟出现实中的各类情形。利用仿真模拟软件可以实现对疏散过程中出现的影响疏散时间的因素的监控，从而得出客船人员疏散的规律，从而加以优化人员应急疏散的方案，使损失降低到最小甚至是没有。

1.2 国内外研究情况

近年来，国内外对海上客船应急疏散模型随着研究细节的深入化，疏散人员的个人特征以及其行为成为了研究的重点，未来的模型将更加关注疏散人员个体的心理变化、行为特点、个体能力等细节因素对疏散结果的影响。

国外最早开始对人员疏散进行研究，进而出现了许多具有代表性的基础人员疏散模型。

Helbing等人提出了 “社会力”模型^[1]，即将人员间的行为视为因个体间相互作用而造成的。Helbing提出，人员行为由社会力的合力决定，包括人员对目标的期望力、人与人间的排斥力和人与物间的排斥力。

元胞自动机模型（CA）^[2]是一种离散模型，它由许多人为定义的小格子组成，每个小格中的状态为有限的人为定义数量。模型运行中，所有的小格子按某一规律共同运行。

格子气模型^[3]，是元细胞自动机模型的具体化，它介于宏观与微观之间，将平面划分为方形的四方格，人员处于方格的交点处，按照前、左、右方向运动。

应用于海上疏散模型，近几年来的研究更倾向于对乘客个人行为反应方面对疏散的影响。

Ha, Sol et al^[4]采用基于细胞的客船人类行为仿真模型，对高级疏散分析进行仿真。将每位旅客置于一个单元格中，以从一个单元格移动到另一个单元格表示其行动，乘客的行为以群体行为表达：分散、对齐、凝聚。并加入讨论了乘客的避免逆流的行为。并将该仿真模拟方法应用于IMO测试用例，所有要求都符合测试，表明了该方法的有效性。

Jonna Nevalainen^[5]更多的重视环境与紧急情况下人员的相互反应，在紧急情况下，人们更相信自己的感觉，直觉比给出的指令更重要。同时也提到了无引导人员情况下人员会倾向跟随其他人的行为，而导致出现拥挤的问题。

2016 年5月第96 届会议上批准了最新的《修订后的新造客船及现有客船人员疏散分析指南》^[6]，根据修订内容来看，新修订的指南对客船安全疏散中的人员更关注他们的个体属性。如：（1）指南中加入了个体疏散时间；（2）剔除了两个假设；行人在行进过程无障碍、不会发生行人之前的超越（3）在分析中能够预测到行人行进时发生拥挤堵塞、产生对流的疏散区域。

对于疏散模型的研究，是从陆地建筑物人员疏散开始的。

何大治^[7]在分析了建筑物及人员属性的特点后，提出了一种不同于传统网格模型的具有几何特征的智能体在建筑物中的疏散模型，弥补了网格模型不能体现物理空间上的疏散状况。黄希发^[8]利用Agent的思想，通过研究个体对人群拥挤的感知和判断，建立了人员疏散的微观仿真模型。

赵薇^[9]基于元胞自动机( CA) 模型提出了一种应急疏散交互模型。其具有多主体的人员，同时还具有引导者。对将Agent分为三个部分：单独个体的Agent、结伴而行的Agent 和引导者Agent，对该模型进行模拟，得到引导者数量与疏散时间的关系，并用房间出口宽度不均与站台两种房向的实例进行了仿真模拟，结果表明了引导人员在应急疏散中起着积极作用。

应用于船舶的疏散仿真，国内学者从不同角度设计模型。

刘红，刘佳忆^[10]针对客船横倾以及纵倾状态下群集步速下降特征，运用Dijkstra算法对发生火灾及倾斜状态下的客船人员疏散模型进行了实证分析，得出了人员疏散时间随倾斜角度增加而延长的结论。

赵敏^[11]设计了不同横摇角度情况下的乘客行为实验，注意行人的动作与行为，发现行人在横摇至一定角度以前可以调整平衡稳定速度，到达一定角度以后会发生停顿。使用FDS Evac仿真软件对在不同风浪强度响下的情况进行模拟仿真，获得了不同时刻的疏散情况。最终，构建了以网络流模型为基础，通道的容量为约束的路径优化模型。

马全党^[12]等人通过于通道内部安装多传感器耦合来实时监测通行状态，并引入视频监控进行信息反馈，实时显示通道内通行状态并指示当前推荐疏散路线，以达到提高疏散效率，优化客船疏散资源配备的目的。

廖守衡^[13]以社会力学理论，分析了客船在倾斜状态下行人的运动情况，建立了适合倾斜客船下的疏散模型。用MATLAB对客船人员进行疏散仿真，考虑了客船倾斜角度和舱门宽度对人员疏散效果的影响。最终得出船舶倾斜角度越大对行人的影响越大的结论。吴坎坷^[14]则是利用多格子模型，着重研究了人员在楼梯处的疏散场景。

肖造^[15]在基于Agent理论的前提下，综合考虑人员多种因素，将人群划分为多种Agent群体类型。在考虑楼梯等狭窄出口的拥堵情况和火灾蔓延所造成疏散通道减小的情况下，对内河客船进行了模拟仿真。仿真中加入引导人员模块，仿真结果表明，引导人员能有效地改善疏散情形，从而提高乘客疏散效率。

于洋^[16]以Agent理论为基础，综合考虑到船舶在倾斜状态下人员属性、人员行为决策对疏散的影响，尤其是心理属性以及社会关系，建立舰船人员疏散仿真模型。模拟了不同倾斜角度下对于疏散出口的选择的影响。

1.3 主要研究内容及技术路线

主要研究内容为：

（1）在阅读了国内外学者有关客船疏散旅客模型课题的研究，可以看到模型中对于人员考虑的比重越来越大，其中，有分析行人自身的属性方面的原因，还有行人在疏散时采取的行动反应。

（2）从船舶静态布置、事故发生动态、人员流动各个方面来总结海上客船旅客应急疏散特点。

（3）基于Agent理论结构，构建内河旅游客船的人员疏散模型。

（4）在模型构建的基础上，借助仿真平台，实现海上客船旅客应急疏散仿真。通过实验参数的设定，获取不同场景下的人员疏散数据，探求人员疏散的基本规律。依据疏散规律，提供相关安全建议。

本文技术路线为：

基于Agent 理论结构

构建仿真平台

第2章 海上客船旅客应急疏散特点

2.1客船布置特点

海上建筑空间与陆地上建筑空间虽然有很多相似之处，不如说船舶就是海上建筑，但为了航行，以及应对海上环境的各种情况，船舶建筑布置又区别于陆地建筑。首先，为了使船舶航行时能具有符合要求的稳性、浮性、抗沉性，船舶必须保持重量分布均匀，表现在舱室内部设计需要具有对称性，还需要考虑到船舶重心、船舶压载以此提高船舶稳性。在设计时为了使其能安全运营行驶，更多的考虑船舶结构，吃水等方面。

客船，是指专门用于运送旅客及其可携带行李和邮件的船舶。根据国际海上人命安全公约公约规定，凡载客超过12人的船舶均被视为客船。海上客船通常有多层甲板，其众多舱室用来设置旅客休息生活舱室及旅客娱乐设施，通常需要配备足够数量的的救生用品、消防设备。上层建筑内除有旅客生活住宿舱外，还有供旅客用的餐厅、娱乐场所、健身房、医疗室等。

2.2海上突发事故及疏散难点

随着海上交通运输业的不断发展，船舶数量也在不停增多，航行密度不断变大，同时船舶规模更趋近于大型化，专业化，这样就更增大船舶发生事故的风险。海上事故主要包括碰撞、进水、沉没、倾覆、船体损坏、火灾、爆炸、主机损坏、货物损坏、船员伤亡、海洋污染等。其中，在目前海上客船营运中常见的海上事故主要有碰撞、触损、搁浅、风灾和火灾等。

首先，随着中国旅游业繁荣发展，人们发现了新的旅游方式，许多的游客选择通过客船旅游出行。为了满足游客多样化的旅游需求，客船逐渐向着能提供舒适观光旅游的方向发展。最为显著的就是客滚船的升级变化，船上供应有更多的娱乐设施，餐吧，使游客有更多海上的愉悦体验，同时客滚船也为游客提供了能把出行轿车一同运输的功能，致使更多的船上载客量的成倍增加。这就导致一旦发生海上事故，对船上疏散方式的陌生，使船上的众多旅客在疏散时更加无措。这也体现了客船疏散与公共建筑物疏散的最大不同，陆地上建筑物疏散则是向出口疏散，直接离开建筑物,而客船人员是固定不变的由一个空间集中疏散到固定的疏散集合区域，在此进行救生安排以及等待救援。

其次，由于客船舱室结构相较于普通船舶较为复杂，舱室与走廊众多，未经过培训的旅客很难在短时间内选到正确的疏散路线到达集合站，同时，由于船舶在受到碰撞后容易变形，出口处可能结构受影响，使旅客更加不易离开舱室。

在船舶事故中，关键的因素还有客船上的工作人员。即使船舶运营有疏散演习要求，并且船员在适任学习中对疏散知识有了解，但是大多数船员并没有真实经历过海上事故。有可能存在船员对应急程序及应急措施不了解的情况存在，遇到紧急情况时会不知所措，难以在当时当地采取有效的应急行动。更别提对于旅客疏散的指挥控制，对旅客人员到达安全区最优路径的引导。